JPH06272959A - 循環式給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】循環式給湯装置において、給湯経路内に冷水層
が形成される、いわゆる冷水のサンドイッチ現象の発生
を防止する。 【構成】熱源機１から給湯個所２に至る給湯経路３と、
給湯個所２から熱源機１に返る返湯経路４と、循環ポン
プ８と、熱源機１に至る給水経路５とを備えた循環式給
湯装置において、給水経路５には上流側から熱源機１の
熱交換部１０に向かって順次給水検出器１２と給水温度
検出器１１とタンク１６を設けると共に、返湯経路４は
給水検出器１２と給水温度検出器１１間に接続し、給水
検出器１２による給水検出に基づいて燃焼シーケンスを
開始する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は循環式給湯装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】循環式給湯装置は、従来、例えば図３に
示すように構成されている。符号１は熱源機であり、こ
の熱源機１から給湯個所２に至る給湯経路３が構成さ
れ、また給湯個所２から熱源機１に返る返湯経路４が構
成されると共に、熱源機１に至る給水経路５が構成され
ている。返湯経路４と給水経路５には夫々逆止弁６，７
が設けられており、返湯経路４の逆止弁６の上流側に循
環ポンプ８が設けられている。

【０００３】熱源機１にはバーナ９により加熱される熱
交換部１０を設けると共に、その上流側に給水温度検出
器１１と給水検出器１２を設けており、給水検出器１２
よりも上流側において返湯経路４と給水経路５を合流さ
せている。また熱交換部１０の下流側には出湯温度検出
器１３を設けている。

【０００４】符号１４は制御装置であり、この制御装置
１４は、負荷が発生した場合に所定の燃焼シーケンスに
よりバーナ９に点火して、フィードバック制御や、これ
とフィードフォワード制御を組み合わせた制御方式等に
より負荷に対応したバーナ９の燃焼量の制御を行う。ま
た制御装置１４は、負荷が発生していない場合において
も、常時、ある一定量の温水を循環させて循環経路内の
温水温度を設定値に維持する保温運転を行っている。こ
のため給水検出器１２は、保温運転においても常時出力
を発生している。

【０００５】上述したバーナ９の燃焼量の制御をフィー
ドバック制御のみにより行う場合には、給水検出器１２
は流水の検出を行う流水スイッチにより構成することが
でき、制御装置１４は、給水検出器１２が流水を検出し
ていることと、給水温度検出器１１により検出した給水
温度が予め設定した温度以下であることの両者を条件と
して燃焼シーケンスを開始する。

【０００６】一方、フィードバック制御とフィードフォ
ワード制御を組み合わせた制御方式の場合には、給水検
出器１２は流量の検出が可能な流量検出器として構成
し、制御装置１４は、給水検出器１２により検出した給
水量が、予め設定した流量以上であることと、この流量
と給水温度と出湯温度の設定値とから算出される負荷が
バーナ９の最小能力以上であることの両者を条件として
燃焼シーケンスを開始する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のいずれの場合に
おいても制御装置１４が負荷の発生を検出して燃焼シー
ケンスを開始する時点は、給水経路５から流入した冷た
い給水が熱源機１の給水温度検出器１１に到達した時点
以降となる。

【０００８】この場合の動作の一例をフィードフォワー
ド制御を伴う動作につき、図４のタイムチャートを参照
して説明する。ｔ₀時点において給湯個所２から給湯が
されると、給水経路５からの冷たい給水が合流地点１５
から熱交換部１０方向に流れ、ある時間が経過したｔ₁
時点において給水温度検出器１１に到達する。従ってｔ
₁時点以降、給水温度検出器１１の出力が次第に低下し
て、ｔ₂時点においては給水温度まで低下する。

【０００９】この間、制御装置１４は給水温度検出器１
１の出力温度と給水検出器１２の出力流量と出湯温度の
設定値とから負荷を算出する。算出負荷はｔ₁時点から
次第に上昇し、予め設定した負荷に到達したｔ₃時点に
おいて、制御装置１４は燃焼シーケンスを開始する。従
ってバーナ９は、プレパージ等の所定のステップが実行
されるＴ₁時間が経過したｔ₄時点において点火されて、
負荷に応じた燃焼量で燃焼を開始する。

【００１０】このようにバーナ９に点火されるｔ₄時点
は、負荷を検出したｔ₃時点からＴ₁時間が経過した時点
であるので、出湯温度はｔ₃時点を少し経過した時点か
ら次第に低下してｔ₅時点では給水温度まで低下してし
まう。

【００１１】上述したようにｔ₄時点においてバーナ９
に点火されても、熱交換部１０の熱容量等に起因して、
給水は直ちには所定温度まで昇温されず、Ｔ₂時間経過
したｔ₆時点までは設定された出湯温度が得られない。
このようにして給湯経路３内には冷水層が形成され、い
わゆる冷水サンドイッチ現象が発生して、冷水が給湯個
所２に出湯されるという不都合が発生する。本発明はこ
のような課題を解決することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための手段を、実施例を概念的に表した図１を参照して
説明すると、まず本発明では、熱源機１から給湯個所２
に至る給湯経路３と、給湯個所２から熱源機１に返る返
湯経路４と、循環ポンプ８と、熱源機１に至る給水経路
５とを備えた循環式給湯装置において、給水経路５には
上流側から熱源機１の熱交換部１０に向かって順次給水
検出器１２と給水温度検出器１１とタンク１６を設ける
と共に、返湯経路４は給水検出器１２と給水温度検出器
１１間に接続し、給水検出器１２による給水検出に基づ
いて燃焼シーケンスを開始する構成とした循環式給湯装
置を提案する。

【００１３】また本発明では、上記の構成における給水
検出器１２は流水スイッチにより構成すると共に、タン
ク１６の容量は負荷の平均的流量に対応して設定するこ
とを提案する。

【００１４】また本発明では、上記の構成における給水
検出器１２は流量検出器により構成し、給水検出器１２
により検出した給水の流量と、給水温度検出器１１によ
り検出した給水温度と、出湯温度の設定値とから負荷を
算出し、算出した負荷が所定値以上となった時点におい
て燃焼シーケンスを開始する構成とすることを提案す
る。

【００１５】また本発明では、上記の構成における給水
検出器１２は流量検出器により構成し、給水検出器１２
により検出した給水の流量と、給水温度検出器１１によ
り検出した給水温度と、出湯温度の設定値とから負荷を
算出し、算出した負荷が所定値以上となった時点におい
て燃焼シーケンスを開始する構成とすると共に、タンク
１６の容量は負荷の最大流量に対応して設定し、それよ
りも少ない流量においては、流量に対応して燃焼シーケ
ンスの開始を遅らせる構成とすることを提案する。

【００１６】

【作用】返湯経路４を経て熱源機１に還流する湯は給水
検出器１２を通らないので、保温運転においては、この
給水検出器１２は、流水または流量の検出出力を発生し
ない。

【００１７】給湯個所２から給湯がされ、給水が給水経
路５から熱源機１に流入すると、給水検出器１２は流水
または流量の検出出力を発生する。

【００１８】従って負荷が発生して給水検出器１２が所
定以上の流量を検出した時点で、即座に燃焼シーケンス
を開始することができる。

【００１９】燃焼シーケンスを開始しても、バーナ９に
点火されるまで、そしてバーナ９が点火されてから設定
された出湯温度が得られるまでには時間が必要であるた
め、この時間が経過するまでに給水が熱交換部１０を通
ると、この給水は設定された出湯温度まで昇温されな
い。

【００２０】ところが本発明においては、熱交換部１０
の上流側にタンク１６を設けており、タンク１６内には
保温運転により設定温度まで昇温された湯が貯えられて
いるので、上記時間内はタンク１６内に貯えられていた
設定温度の湯が出湯される。

【００２１】そして上記時間が経過すると、給水も設定
された出湯温度まで昇温されるような状態となるので、
それまでにタンク１６内の湯が全て出湯されていても給
水が加熱されて設定温度の出湯が行われる。従って上述
した冷水サンドイッチ現象は発生しない。

【００２２】タンク１６内に貯える湯量は、負荷が発生
してから給水検出器１２が給水の検出出力を発するまで
の遅れ時間、燃焼シーケンスが開始してからバーナ９が
燃焼を開始するまでの遅れ時間、バーナ９が燃焼を開始
してから設定温度の湯が出湯されるまでの遅れ時間を加
えた全遅れ時間内の出湯量を賄える量とすることを目標
として適切に設定するとタンク１６の容量を小さくする
ことができる。

【００２３】給水検出器１２を流水スイッチにより構成
した場合には、タンク１６の容量は負荷の平均的流量に
対応して設定するのが良い。この場合には負荷の平均的
流量よりも多量の給湯時には、その量に応じて出湯温度
が若干低下する。また負荷の平均的流量よりも少量の給
湯時にはフィードバック制御により設定温度以上の出湯
の防止を図ることができる。

【００２４】一方、給水検出器１２を流量検出器により
構成した場合には、負荷に対応した流量を検出できるの
で、この流量に基づいて負荷を算出することができ、負
荷が所定値以上の場合に燃焼シーケンスを開始すること
により、負荷発生時における確実な燃焼制御を行うこと
ができる。

【００２５】またこの場合には、タンク１６の容量は熱
源機１の最大能力に対応する負荷の最大流量に対応して
設定することができる。即ち、それよりも少ない流量に
対しては、給水検出器１２で検出した流量から、タンク
１６内の湯が全て出湯されて給水が熱交換部１０に到達
する時間を算出することができるので、この算出した時
間から前述の全遅れ時間を逆算した時間だけ燃焼シーケ
ンスの開始時点を遅らせる。

【００２６】こうすることにより実際の流量の大小にか
かわらず、タンク１６内の湯が全て出湯されて給水が熱
交換部１０に到達した時点において、ちょうど給水に対
して熱交換部１０から設定温度の出湯が可能となる状態
となる。従ってフィードバック制御による湯温制御にお
いてオーバーシュートを発生させずに設定温度の出湯を
行うことができ、また負荷の最大流量にも対応すること
ができる。

【００２７】

【実施例】次に本発明の実施例を図について説明する。
図１は本発明を適用する循環式給湯装置の実施例を概念
的に表した系統図であり、図３に示す従来の構成に対応
する要素には同一の符号を付して、一部の説明は省略す
る。即ち、図３と同様に符号１は熱源機であり、熱源機
１は温水ボイラ等の貯湯式熱源機に対して給湯配管系統
の保有水量が少ない瞬間式熱源機としている。符号２は
給湯個所を示し、３は熱源機１から給湯個所２に至る給
湯経路、そして４は給湯個所２から熱源機１に返る返湯
経路であり、この返湯経路４には循環ポンプ８を設けて
いる。

【００２８】符号５は熱源機１に至る給水経路であり、
この給水経路５には、上流側から熱源機１の熱交換部１
０に向かって順次、給水検出器１２と給水温度検出器１
１とタンク１６を設けており、返湯経路４は給水検出器
１２と給水温度検出器１１間に接続している。そして制
御装置１４は、この給水検出器１２による給水検出に基
づいて燃焼シーケンスを開始する構成としている。

【００２９】給水検出器１２は流量測定の可能な流量検
出器により構成しており、制御装置１４は、この給水検
出器１２を負荷発生の検出と、バーナ９の燃焼量を負荷
に応じてフィードフォワード制御するために使用する構
成としている。そしてタンク１６の容量は負荷の最大流
量に対応して設定している。

【００３０】以上の構成における動作の一例を、図２の
タイムチャートを参照して説明する。 まずｔ₀時点で
給湯個所２から給湯がされ、給水が給水経路５から熱源
機１に流入すると、給水検出器１２は、自体の特性によ
る検出遅れ等に起因する僅かな遅れ時間Ｔ₁が経過した
ｔ₁時点に流量の検出出力を発生する。

【００３１】そこで制御装置１４は、給水検出器１２の
出力の流量と、給水温度検出器１１の出力の給水温度
と、出湯温度の設定値とから負荷を算出し、所定値以上
となった時点ｔ₃において燃焼シーケンスを開始する。
そしてバーナ９はプレパージ等の所定のステップが実行
されるＴ₂時間経過したｔ₄時点において点火され、上記
算出した負荷に対応した燃焼量で燃焼が行われる。即
ち、フィードフォワード制御によるバーナ９の燃焼量制
御がなされると共に、出湯温度検出器１３により検出し
た出湯温度を一定とする制御、即ちフィードバック制御
による湯温制御がなされる。勿論これらの湯温制御は従
来の適宜の手法を利用することができる。

【００３２】バーナ９に点火され、負荷に対応した燃焼
量で燃焼が開始しても、給水状態から設定された出湯温
度まで昇温が可能となるまでには時間Ｔ₃の経過が必要
で、これらの時間Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃を加えた時間Ｔ₄（＝Ｔ
₁＋Ｔ₂＋Ｔ₃）の間はタンク１６内に貯えられていた設
定温度の湯が出湯されることにより出湯温度の低下を防
止する。

【００３３】タンク１６の容量は上述した時間Ｔ₄内の
出湯量を賄える量であれば適宜であるが、必要最小限の
容量とすれば、タンク１６を小型化することができる。
例えばタンク１６の容量は熱源機１の最大能力に対応す
る最大流量に対応して設定することができ、その具体的
数値例を次に説明する。

【００３４】例えば熱源機は、出力が45,000kcal/h（30
号）で、燃焼シーケンスを開始してから出湯温度が十分
に上昇するまでに4秒の立上り時間を要するものとし、
そして熱源機１に流入する給水の流量の最大値として
は、出力最大、出湯温度の設定値が最低、給水温度が最
高の場合を考える。例えば、出湯温度の最低設定値が50
℃、最高給水温度が夏期で25℃とすると、負荷の最大流
量は 45,000/(50-25)/3,600 = 0.5 [l/sec] となるので、タンク１６の容量は 0.5 [l/sec]×4[sec] = 2 [l] となる。

【００３５】このような容量のタンク１６において、最
大流量の半分の流量（0.25 [l/sec]）の負荷が発生した
場合において、最大流量の負荷の場合と同様に上述した
ステップを経て燃焼シーケンスが開始されると、タンク
16内には上記立上り時間を経過しても 2 [l] - 0.25 [l/sec]×4[sec] = 1 [l] の湯が残留することになり、この残留した湯が全て出湯
される次の4秒間は、バーナ９の燃焼量が過大となって
しまう。この場合、上述したフィードバック制御によ
り、出湯温度は設定温度に維持されるように制御される
がオーバーシュートの発生により、一時的に湯温が変動
してしまう。

【００３６】そこで上述した負荷においては、燃焼シー
ケンスの開始を4秒遅らすと、この遅らせた時間4秒と立
上り時間4秒が経過する8秒後には、タンク１６内の全て
の湯が出湯された状態となるので、上記オーバーシュー
トの発生を防止することができる。

【００３７】勿論、このように燃焼シーケンスの開始を
遅らせずに、他の制御手法によりオーバーシュートを防
止することもできる。

【００３８】上述したように、給水検出器１２は流水を
単に検出する流水スイッチにより構成することができ、
この場合にはタンク１６の容量は負荷の平均的流量に対
応して設定するのが良い。

【００３９】この場合には、設定した平均的流量よりも
多量の給湯時には、その量に応じて出湯温度が若干低下
し、また負荷の平均的流量よりも少量の給湯時にはフィ
ードバック制御による湯温制御が行われて設定温度以上
の出湯の防止が図られるが、オーバーシュートの発生を
防止する対策が必要となる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上のとおりであるので、循環
式給湯装置において、給湯経路内に冷水層が形成され
る、いわゆる冷水のサンドイッチ現象の発生を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の循環式給湯装置の実施例を表した系統
図である。

【図２】本発明の循環式給湯装置の動作例を示すタイム
チャートである。

【図３】従来の循環式給湯装置の一例を表した系統図で
ある。

【図４】従来の循環式給湯装置の動作例を示すタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

１ 熱源機 ２ 給湯個所 ３ 給湯経路 ４ 返湯経路 ５ 給水経路 ６ 逆止弁 ７ 逆止弁 ８ 循環ポンプ ９ バーナ １０ 熱交換部 １１ 給水温度検出器 １２ 給水検出器 １３ 出湯温度検出器 １４ 制御装置 １５ 合流地点 １６ タンク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源機から給湯個所に至る給湯経路と、
   給湯個所から熱源機に返る返湯経路と、循環ポンプと、
   熱源機に至る給水経路とを備えた循環式給湯装置におい
   て、給水経路には上流側から熱源機の熱交換部に向かっ
   て順次給水検出器と給水温度検出器とタンクを設けると
   共に、返湯経路は給水検出器と給水温度検出器間に接続
   し、給水検出器による給水検出に基づいて燃焼シーケン
   スを開始する構成としたことを特徴とする循環式給湯装
   置
2. 【請求項２】 請求項１の給水検出器は流水スイッチに
   より構成すると共に、タンクの容量は負荷の平均的流量
   に対応して設定したことを特徴とする循環式給湯装置
3. 【請求項３】 請求項１の給水検出器は流量検出器によ
   り構成し、給水検出器により検出した給水の流量と、給
   水温度検出器により検出した給水温度と、出湯温度の設
   定値とから負荷を算出し、算出した負荷が所定値以上と
   なった時点において燃焼シーケンスを開始する構成とし
   たことを特徴とする循環式給湯装置
4. 【請求項４】 請求項３の循環式給湯装置において、タ
   ンクの容量は負荷の最大流量に対応して設定し、それよ
   りも少ない流量においては、その流量を流量検出器によ
   り検出して、流量に対応して燃焼シーケンスの開始を遅
   らせる構成としたことを特徴とする循環式給湯装置